GE745系列變壓器保護缺陷的分析與處理

舒 鵬， 唐 吉， 王 松

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014；2.寧波甬城配電網建設有限公司，浙江 寧波 315000）

745系列變壓器保護裝置隸屬于GE公司旗下的SR繼電器保護系列，是一種具有多處理器的快速多繞組變壓器繼電保護裝置，集成了主變差動保護（帶勵磁涌流閉鎖功能）、過流保護、過勵磁保護、低頻/過頻保護等多種保護功能。

目前GE745變壓器保護裝置得到了廣泛的應用，但在試驗中發現保護裝置在勵磁涌流閉鎖差動保護環節還存在一些缺陷，容易釀成事故。就此進行研究并提出解決方法。

1 GE745差動保護躲過勵磁涌流的原理

勵磁涌流是在空投變壓器和變壓器區外短路切除這兩種特殊情況下的勵磁電流，此時的勵磁涌流也將成為差電流。由于勵磁涌流的幅值很大，不采取措施將造成差動保護誤動。

為了避免這種情況發生，需要在變壓器縱差保護中，對差電流進行勵磁涌流特征的判別。在工程中主要應用二次諧波、波形不對稱和波形間斷角3種參數的判別原理，尤其是前2種應用最為普遍。當識別出是勵磁涌流時，將差動保護閉鎖防止縱差保護誤動[1]。GE745裝置的差動保護采用了二次諧波閉鎖的方法來解決勵磁涌流保護誤動的問題。

745裝置的差動保護邏輯（見圖1）中諧波閉鎖模塊采取的是分相閉鎖模式，三相A，B，C中任何一相發出諧波閉鎖信號，即通過一個非門去分相閉鎖比率差動模塊。閉鎖后，比率制動計算模塊（Idiffa/Iresta≥）將不再進行計算，裝置上的差動保護閉鎖燈亮。

745裝置中諧波閉鎖信號的產生（見圖2）與其他常見的變壓器保護如ABB公司RET521保護、南瑞繼保公司RCS978保護等并不相同，它取任意側分相電流的諧波含量而不是差動電流的諧波含量作為各相諧波含量的測量值，若這個測量值超過了保護整定值（Iha/b/c≥LEVEL），即發出諧波閉鎖信號（Harmonic Inhibit Phase A/B/C）。

圖1 GE745裝置差動保護邏輯[2]

圖2 諧波閉鎖邏輯[2]

2 GE745變壓器保護裝置二次諧波閉鎖缺陷與改進

作者在處理某發電廠的GE745裝置故障時發現，該廠的GE745裝置（軟件版本2.80）在正常運行情況下，長期存在二次諧波測量值過高從而閉鎖差動保護的情況。

變壓器為三相雙繞組容量2 MVA，采用了2段比率制動差動保護，諧波制動模塊定值見表1。其中的二次諧波制動系數為15%，由于長時間處于閉鎖狀態，遂將定值暫時改為30%，但仍然出現閉鎖問題。

專用諧波測量裝置現場錄取了745保護裝置電流繞組的電流波形。圖3為某時刻（高壓側二次負荷電流為0.3 A）諧波測量裝置所錄波形的分析結果，可以得出：被測變壓器電流諧波含量較大，主要是二次諧波與五次諧波，二次諧波含量并不高，為1%～5%。而記錄的該時段745裝置二次諧波測量值為10%～30%。可見745裝置電流二次諧波測量值與真實值之間存在著較大的誤差。

表1 諧波制動模塊主要定值

圖3 諧波測量裝置分析結果

在實驗室中對745保護裝置進行了進一步的測試。通過高精度電能質量功率源對745裝置進行了電流測試，主要檢測其諧波測量精度，表2為試驗輸出50 Hz標準基波電流 （不含諧波分量）時裝置的諧波測量值。

表2 試驗數據及裝置測量值

通過表2可以得知，當電能質量功率源輸出標準基波電流小于0.09 A時，裝置測量諧波含量為0.0%（其電流幅值測量也為0），電流大小并未達到GE745裝置的“精工”電流值，故保護裝置不予計算二次諧波。當電能質量功率源輸出標準基波電流大于0.09 A且小于1 A時，裝置測量諧波含量誤差極大；當電能質量功率源輸出標準基波電流大于1 A時，裝置測量諧波含量誤差較小。

數據表明：GE745裝置“精工”電流為0.09 A左右，當二次工作電流大于0.09 A時，裝置對二次諧波開始測量，但存在較大誤差，諧波含量測量誤差隨電流的增大而減小。

二次電流在0.1～1.0 A的范圍內（TA二次額定電流的2%～20%），裝置對實際電流（諧波含量為零）中諧波含量的測量都存在著較大的誤差（10%～90%）。在大于1 A時，諧波含量測量值將穩定在一個較為準確的范圍內。

當現場實際負荷較低，高壓側二次電流僅為0.3 A時，由表2可知，GE745裝置的二次諧波測量值將超過整定值，而現場的二次諧波閉鎖定值為15%，從而發生二次諧波測量值過高，誤閉鎖差動保護的情況，差動閉鎖告警燈亮。此時若出現故障，差動保護邏輯將不會進行差流的計算，從而可能會造成保護拒動的重大事故。

綜上可見，GE公司745裝置存在以下缺陷：

（1）二次諧波測量精度不夠高。通過試驗發現裝置二次諧波含量測量的精確度隨著電流大小而變化，在0.1～1 A低電流時存在著極大的誤差（10%～90%），電流增大后，才能達到一個較為精確的程度（1%～3%）。

（2）諧波制動差動保護邏輯存在缺陷，745諧波閉鎖邏輯是任意相電流的諧波含量達到定值閉鎖差動保護，此種設計會導致在沒有差流而負荷電流較小時出現諧波閉鎖差動保護的情況。

3 改進建議

針對GE745保護裝置存在的缺陷，提出了以下改進方案：

（1）給裝置的諧波閉鎖功能設定一個啟動值，即差動電流或各側電流達到設定啟動值之后才會啟動諧波閉鎖功能模塊，避免在低電流情況下因諧波測量精度過低引起差動保護誤閉鎖。

（2）取差流瞬時值計算諧波，同時也要設定啟動值（可固定與差動保護啟動值關聯），當差流達到該啟動值時啟動諧波閉鎖功能，避免在沒有故障正常低負荷運行時出現諧波閉鎖告警。

在GE公司將軟件升級至2.85之后，又對裝置在有差流和無差流2種情況下進行了測試，得出了以下結果：諧波測量值在負荷電流較小、差流為零時誤差仍然很大，但是不會出現二次諧波閉鎖差動告警；在差流達到差動啟動值，且所加電流無諧波的情況下差動保護能夠正常動作，而在差流達到啟動值，且差流中諧波含量大于諧波閉鎖定值的情況下，裝置能夠正確閉鎖差動保護。由此可得，經過升級之后，GE745變壓器保護的差動諧波閉鎖邏輯進行了改動：當差流達到啟動值時諧波閉鎖功能模塊才會啟動，這與作者所提出的第一條改進方案相同，經試驗表明該方案安全可靠。

4 結語

目前，變壓器差動保護普遍采用二次諧波閉鎖的方式來躲開勵磁涌流，這就對二次諧波的測量精度提出了很高的要求，在不同負荷下都要求有較高的精度。在保護硬件不能達到的情況下可以通過邏輯改進和軟件算法優化來正確判斷，以期此類保護裝置在電網中更好地得到應用。

[1]國家電力調度通信中心.國家電網公司繼電保護培訓教材[M].北京:中國電力出版社，2009.

[2]朱松林.繼電保護培訓實用教程[M].北京：中國電力出版社，2011.